X 射线成像技术在阿贡捕获过程材料缺陷

从铁匠锻造铁到吹玻璃工匠，人类有几个世纪以来已更改的属性的材料打造更好的工具 — — 从铁马蹄铁和剑到玻璃罐和医药瓶。

阿贡研究者是第一个捕获近实时的纳米材料缺陷的形成。他们的工作将会帮助其他研究人员模型行为的材料，是工程更强、 更可靠的材料的关键一步。（图片由马克 · 洛佩斯/阿贡国家实验室）。

在现代生活中，创建新材料来提高今天的项目，如强钢的摩天大楼和更可靠的手机半导体。

现在，研究人员在能源部 (DOE) 阿贡国家实验室已经发现细节的这些物质的变化，在原子尺度和接近实时的时间，重要的一步，能协助在工程更好和更强的新材料形成的新途径。

“我们所做的是创建一个路线图，为其他研究人员。我们已经显示他们这个系统和具有相似的动力学系统建模方法。

在一篇 1 月 16 日在自然材料研究，研究员阿贡的先进光子源，能源部办公的科学用户设备，揭示他们有拍摄 — — 第一次 — — 的结构缺陷在钯金属暴露在氢的产生。

这种成像能力将帮助研究人员验证模型预测材料和它们如何形成缺陷的行为。缺陷工程是故意为了改变这种材料的属性创建材料内部缺陷的实践。这种知识是工程更好、 更强和更可靠的材料，建筑、 半导体、 电池、 技术设备和许多项目和工具的关键。

“缺陷工程基于你能带些东西你已经知道的属性，并在缺陷或瑕疵，工程师事物具有改进的性能，把的想法”说阿贡学者安德鲁 Ulvestad，研究的作者之一。”实践适用不仅对金属但具有晶体结构，像那些在太阳能电池和电池阴极中找到任何材料”。

缺陷工程用于优化材料设计等各个领域，但这是最常见与半导体的发展。半导体材料，如硅，被用作电器元件;他们为我们现代的电子产品，包括笔记本电脑和移动电话的大部分奠定基础。

在一个称为”兴奋剂”的过程，制造商通过添加杂质以操纵它们为各种技术用途的电气属性创建这些材料中的缺陷。

虽然制造商知道他们可以更改的属性的各种材料，以获得他们想要管理这些变化的过程并不总是的属性清除。

增加这种进程的了解，阿贡研究者特别注重在纳米尺度上形成的缺陷。缺陷、 接口和这非常小一级的波动可以洞察关键的材料，如其热、 电子和机械的性能、 功能上较大的规模。

要捕获缺陷的形成，阿贡团队了钯纳米样本和注射，或注入，它与氢在高压。同时，他们接触到强大的 x 射线在先进光子源样本。

后打钯晶体，x 射线分散，和他们分散模式是由探测器捕获和用来计算原子钯结构中的位置的变化。从根本上说，这一过程使研究者能够”看到”内材料的变形。

“在某些方面，我们得到了一个-万中无一的拍摄，因为出现在晶体内部缺陷不经常出现的复杂性质的过程中，由于”阿贡物理学家罗斯努力，在这项研究的另一位作者说。

扫描所示的变化体现了的多种缺陷可以改变材料和他们如何应对外部刺激的特性。研究人员说，例如，形成蚀变的缺陷在哪钯压力可储存和释放出氢，可用于氢存储、 传感和净化应用的知识。

缺陷的工程方法已经被用于研究其他系统，包括电池阴极纳米粒子。然而，由 Ulvestad 和努力领导这项研究是首次捕获缺陷的形成，因为它们发生的。

“我们所做的是创建一个路线图，为其他研究人员。我们已经为他们显示此系统和具有相似的动力学系统建模的方式，”Ulvestad 说。

研究，题为”氢化相变过程中, 位错动力学三维成像”发表在自然材料。工作是由美国能源部科学办公室和资助采用先进光子源，包括光束线 34-ID-C 和 12-ID-D.资源